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13.5热学素养提升练1.墨滴入水，扩而散之，徐徐混匀。关于该现象的分析正确的是( )A．混合均匀主要是由于炭粒和水分子发生化学反应B．混合均匀的过程中，水分子和炭粒都做无规则运动C．适当加热并不能使混合均匀的过程进行得更迅速D．使用炭粒更大的墨汁，混合均匀的过程进行得更迅速【答案】B【解析】碳素墨水滴入清水中，观察到的布朗运动是液体分子不停地做无规则撞击炭悬浮微粒，悬浮微粒受到的来自各个方向的液体分子的撞击作用不平衡而导致的无规则运动，不是由炭粒和水分子发生化学反应引起的，故A错误；混合均匀的过程中，水分子做无规则运动，炭粒的布朗运动也是做无规则运动，故B正确；温度越高，布朗运动越剧烈，所以适当加热可以使混合均匀的过程进行得更迅速，故C错误；做布朗运动的颗粒越小，布朗运动越剧烈，所以要使混合均匀的过程进行得更迅速，需要使用炭粒更小的墨汁，故D错误。2.下列说法正确的是( )A．温度相同的物体，内能不一定相等B．布朗运动是指在显微镜下观察到的液体分子的无规则运动C．所有晶体都有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点D．液体表面层分子的分布比内部稀疏，分子力表现为引力【答案】ACD【解析】温度相同的物体，分子平均动能相同，但是物体的内能还与分子的数目、体积有关，故内能不一定相等，故A正确；布朗运动是悬浮在液体中的小颗粒的运动，是液体分子无规则运动的反映，但不是液体分子的运动，故B错误；区分晶体与非晶体要看有没有确定的熔点，所有晶体都有确定的熔点，非晶体都没有确定的熔点，故C正确；液体表面层的分子间距离大于液体内部分子间距离；分子力表现为引力，故D正确．3.在没有外界影响情况下，密闭容器内的理想气体静置足够长时间后，该气体( )
A．分子的无规则运动停息下来B．每个分子的速度大小均相等C．分子的平均动能保持不变D．分子的密集程度改变【答案】C【解析】在没有外界影响的情况下，分子的无规则运动永不停息，分子的速率分布呈中间多两头少的分布规律，不可能每个分子的速度大小均相等，A、B错误；根据温度是分子平均动能的标志可知，只要温度不变，分子的平均动能就保持不变，由于体积不变，所以分子的密集程度保持不变，C正确，D错误。4.气闸舱是载人航天器中供航天员进入太空或由太空返回时用的气密性装置，其原理图如图所示．座舱A与气闸舱B之间装有阀门K，座舱A中充满空气，气闸舱B内为真空．航天员由太空返回气闸舱时，打开阀门K，A中的气体进入B中，最终达到平衡．假设此过程中系统与外界没有热交换，舱内气体可视为理想气体，下列说法正确的是( )A．气体并没有对外做功，气体内能不变B．气体体积膨胀，对外做功，内能减小C．气体温度不变，体积增大，压强减小D．气体分子单位时间内对座舱A舱壁单位面积的碰撞次数将减少【答案】ACD【解析】因为气闸舱B内为真空，气体自由扩散，体积增大，但没有对外做功，又因为整个系统与外界没有热交换，根据ΔU＝W＋Q可知内能不变，故A正确，B错误；内能不变，故温度不变，分子平均动能不变，根据玻意耳定律可知pV为定值，扩散后体积V
增大，压强p减小，气体分子的密集程度减小，可知气体分子单位时间内对座舱A舱壁单位面积的碰撞次数将变少，故C、D正确．5.如图所示，导热的汽缸固定在水平地面上，一个可自由移动的活塞把气体封闭在汽缸中，汽缸的内壁光滑。现用水平外力F作用于活塞杆，使活塞缓慢地向右移动，保持汽缸内气体温度不变，则对于封闭气体( )A．外界对气体做功B．气体分子平均动能不变C．气体压强保持不变D．单位体积内气体分子个数不变【答案】B【解析】活塞缓慢地向右移动，体积增大，气体对外界做功，故A错误；因为活塞“缓慢”地向右移动，所以封闭气体发生等温变化，则气体分子平均动能不变，故B正确；温度不变，体积增大，根据玻意耳定律可知，压强减小，故C错误；气体等温膨胀，气压不断减小，温度不变，气体分子热运动的平均动能不变，根据气体压强的微观意义可知，单位时间内碰撞汽缸壁单位面积的分子数减少，单位体积内气体分子个数减少，故D错误。6.如图，一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p－V图中从a到b的直线所示．在此过程中( )A．气体内能一直增加B．气体一直对外做功C．气体一直从外界吸热D．气体吸收的热量一直全部用于对外做功【答案】ABC
【解析】在p－V图中理想气体的等温线是双曲线的一支，而且离坐标轴越远温度越高，故从a到b温度升高，一定质量的理想气体的内能由温度决定，温度越高，内能越大，A对；气体体积膨胀，对外做功，B对；根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，得Q＝ΔU－W，由于ΔU>0、W0，气体吸热，C对；由Q＝ΔU－W可知，气体吸收的热量一部分用来对外做功，一部分用来增加气体的内能，D错．7.关于热现象和热学规律，说法正确的是( )A．布朗运动表明，构成悬浮微粒的分子在做无规则运动B．两个分子的间距从极近逐渐增大的过程中，分子间的引力和斥力都在减小C．温度高的物体内能大D．物体的摄氏温度变化了1℃，其热力学温度变化了273K【答案】B【解析】布朗运动是指微粒的运动，只能反映撞击微粒的分子在做无规则运动，A错误；分子间的引力和斥力均随分子间距离的增大而减小，B正确；物体的内能不单是由温度决定的，C错误；摄氏温度变化1℃，热力学温度变化1K，D错误。8.下列对有关自然现象的描述或判断中，正确的是( )A．露珠通常呈现球状，是水的表面具有张力作用的结果B．气体可以被压缩，但又不能无限地被压缩，说明气体分子间存在相互作用的斥力C．在阳光的照射下，经常看见空气中尘埃所做的无规则运动是布朗运动D．水和酒精混合后的总体积小于两者体积之和，说明分子间存在间隙【答案】ABD【解析】露珠呈球状，是液体表面张力作用的结果，故A正确；气体能被压缩，说明分子之间存在间隙，而又不能无限地被压缩，说明气体分子间存在相互作用的斥力，故B正确；飞舞的尘埃是由于空气的对流而形成的，不是布朗运动，故C错误；酒精和水混合后总体积减小，说明分子间有间隙，故D正确．
9.对于一定质量的理想气体，下列叙述正确的是( )A．当分子热运动变剧烈且分子平均距离变大时，气体压强一定变大B．当分子热运动变剧烈且分子平均距离变小时，气体压强一定变大C．当分子间的平均距离变大时，气体压强一定变小D．当分子热运动变剧烈时，气体压强一定变大【答案】B【解析】分子热运动变剧烈说明温度T升高，分子平均距离变大，则气体体积V变大，但并不知道V与T的具体大小关系，根据理想气体状态方程＝C可知，气体的压强变化并不确定，但是当T升高、V变小时，压强P一定变大，故A错误，B正确；根据理想气体状态方程＝C可知，当分子间平均距离变大时，即气体体积V变大，但不确定温度T的变化，所以气体压强P变化不能判断，同理，分子热运动变剧烈时，即温度T升高，但不知道体积V的变化，气体压强P的变化也不确定，故C、D错误。10.根据热力学定律和分子动理论，下列说法正确的是( )A．满足能量守恒定律的客观过程并不是都可以自发地进行B．知道某物质的密度、摩尔质量和阿伏加德罗常数，就可求出其分子体积C．内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同D．液体很难被压缩的原因是：当液体分子间的距离减小时，分子间的斥力增大，分子间的引力减小，所以分子力表现为斥力【答案】AC【解析】
根据热力学第二定律，一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的，故A正确；知道某物质的密度、摩尔质量和阿伏加德罗常数，可以求出一个分子占据的空间，但不一定是分子的体积，因为分子间的空隙有时是不可忽略的，故B错误；内能不同的物体，温度可能相同，分子热运动的平均动能可能相同，故C正确；液体很难被压缩的原因是当液体分子的距离减小时，分子间的斥力增大，分子间的引力也增大，但分子斥力增大得更快，分子力表现为斥力，故D错误．11.关于热力学定律，下列说法正确的是( )A．理想气体吸热后温度一定升高B．理想气体绝热膨胀过程内能一定减少C．理想气体等压膨胀过程一定放热D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体【答案】D【解析】理想气体吸热，同时对外界做功，内能不一定增大，温度不一定升高，故A错误；如果一定质量的理想气体向真空中绝热膨胀，有Q＝0，W＝0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，ΔU＝0，内能不变，故B错误；理想气体等压膨胀，根据理想气体状态方程＝C可知理想气体温度升高，ΔU＞0，气体膨胀，对外做功，则W＜0，根据热力学第一定律可知Q>0，理想气体一定吸热，故C错误；根据热力学第二定律可知，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，故D正确。12.（多选）如图所示，一定量的理想气体从状态a沿直线变化到状态b，再变化到状态c，然后再由c回到状态a，图像中的bc段与横轴平行，ca段与纵轴平行。下列说法正确的是( )A．由a→b气体压强不变
B．由b→c气体压强逐渐减小C．由c→a气体向外放出热量D．由a→b→c外界对气体做功，气体向外放出热量【答案】BD【解析】由题图可知，气体从a→b，体积逐渐减小，温度逐渐升高，由＝C可知，压强逐渐增大，故A错误；气体从b→c，体积不变，温度逐渐降低，由＝C可知，压强逐渐减小，故B正确；气体从c→a，气体等温膨胀，对外做功，又因内能不变，故一定吸收热量，故C错误；由a→b→c温度不变，体积减小，外界对气体做功，根据ΔU＝W＋Q可知气体向外放热，故D正确。13.（多选）如图所示，由导热材料制成的汽缸和活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，活塞与汽缸壁之间无摩擦，活塞上方存有少量液体。将一细管插入液体，由于虹吸现象，活塞上方液体逐渐流出。在此过程中，大气压强与外界的温度保持不变。关于这一过程，下列说法正确的是( )A．汽缸内气体的内能保持不变B．汽缸内气体的内能不断减小C．气体对外界做的功大于气体从外界吸收的热量D．气体对外界做的功等于气体从外界吸收的热量【答案】AD【解析】由于汽缸导热，环境温度不变，因此被封闭气体的温度不变，分子平均动能不变，理想气体的分子势能忽略不计，内能不变，故A正确，B错误；根据热力学第一定律：ΔU＝W＋Q，温度不变，ΔU＝0，体积变大，气体对外做功，对外做的功和吸收的热量大小相等，故C错误，D正确。
14.某货船在运送货物过程中，不慎将200升纯油酸渗漏到某湖泊中，几天后，水面上有漂浮的油酸，当地环保部门为了评估本次泄漏事故对环境的影响，对油酸在湖面上的扩散情况进行拍照并将图片完整的绘制到坐标纸上，得到如图所示的轮廓图，已知坐标纸上每个小方格的边长为1cm，轮廓图的比例尺为1∶10000(比例尺等于图上距离与实际距离的比)，据测算，在湖面上形成的油膜仅由全部泄露油酸的形成，假设形成的油膜为单分子油膜，根据以上信息，可以算出：(结果均保留两位有效数字)(1)该湖面上油膜的实际面积约为________m2；(2)油酸分子的直径约为________m.【答案】(1)2.8×105 (2)7.1×10－10【解析】 (1)由于每格边长为1cm，则每一格面积就是1cm2，估算油膜的面积时超过半格算一格，小于半格就舍去，共计28格，而轮廓图的比例尺为1∶10000，那么该湖面上油膜的实际面积约为S＝28×100×100m2＝2.8×105m2.(2)在湖面上形成的油膜对应的油酸体积是：V＝×200L＝0.2L分子直径为d＝＝m≈7.1×10－10m.15.用DIS研究一定质量气体在温度不变时，压强与体积关系的实验装置如图a所示，实验步骤如下：
①把注射器活塞移至注射器中间位置，将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接；②移动活塞，记录注射器的刻度值V，同时记录对应的由计算机显示的气体压强值P；③用V－图像处理实验数据，得到如图b所示图线。(1)为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是________________________。(2)为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是____________________和________________。(3)如果实验操作规范正确，但如图b所示的V－图线不过原点，则V0代表________________________________________。(4)实验中活塞与针筒间的摩擦对实验结果PV乘积值的影响是________(选填“偏大”“偏小”或“无影响”)。【答案】(1)在注射器内壁上涂一些润滑油 (2)手不能握住注射器的封闭气体部分 缓慢推动活塞 (3)注射器和压强传感器连接处的气体体积 (4)无影响【解析】(1)为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是在注射器内壁上涂一些润滑油；(2)为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是手不能握住注射器的封闭气体部分，缓慢推动活塞；(3)根据理想气体状态方程＝C可知，如果实验操作规范正确，根据实验数据画出的V－图线是过坐标原点的直线；
但如题图b所示的V－图线不过原点，该图线的方程为：V＝k·－V0，说明注射器中气体的体积小于实际的封闭气体的体积，结合实验的器材可知，截距V0代表注射器与压强传感器连接处的气体体积；(4)实验中活塞与针筒间的摩擦对测量封闭气体的压强和体积没有影响，所以，活塞与针筒间的摩擦对实验结果PV乘积值无影响。16.回热式制冷机是一种深低温设备，制冷极限约50K。某台设备工作时，一定量的氦气(可视为理想气体)缓慢经历如图所示的四个过程：从状态A到B和C到D是等温过程，温度分别为t1＝27℃和t2＝－133℃；从状态B到C和D到A是等容过程，体积分别为V0和5V0。求状态B与D的压强之比。【答案】：10.7【解析】A到B、C到D均为等温过程，则TB＝(27＋273)K＝300K，TD＝(－133＋273)K＝140K，由理想气体状态方程可知：＝得：＝＝＝≈10.7。17.打篮球是同学们喜爱的一种体育活动，小明和同学们在室外打了一段时间篮球后，发现篮球内气压不足，于是他拿到室内充气，已知室外温度为－3℃，室内温度为17℃，篮球体积V＝5L．假定在室外时，篮球内部气体的压强为1.3个标准大气压．充气筒每次充入0.12L、压强为1.0个标准大气压(p0
)的空气，整个过程中，不考虑篮球体积的变化和充气过程中气体温度的变化，计算时，篮球内部气体按理想气体处理．试问：小明在室内把篮球内气体的压强充到1.6个标准大气压以上，他至少充气多少次？【答案】7次【解析】 设篮球从室外拿到室内后内部气体的压强为p2，则：＝即：＝解得p2＝1.45p0设充气次数为n，设充入的气体压强变为p2时，体积为V2，由玻意耳定律得p2V2＝np0V0则p2(V＋V2)＝p3V，其中p3＝1.6p0，联立解得n≈6.5则在室内把篮球内气体的压强充到1.6个标准大气压以上，他至少充气7次．18.如图a所示，这是常见的饮水机的压水器，它可以简化为图b所示的模型，上面气囊的体积为V1＝0.5L，挤压时可以把气囊中的气体全部挤入下方横截面积为S＝0.05m2的水桶中，随下方气体压强增大，桶中的液体会从细管中流出，已知在挤压气囊过程中，气体的温度始终不变，略去细管的体积及桶口连接处的体积，已知外部大气压P0＝105Pa，水的密度ρ＝103kg/m3，重力加速度g取10m/s2，某次使用过程时，桶内气体体积为V0＝12.5L，挤压气囊一下后，桶内的水恰好上升到出水口处，认为每次挤压都能使气囊中的气体全部挤入桶中，则(1)桶中液面离出水口多高？(2)至少挤压多少次才能从桶内流出体积为V3＝2.5L的水？
【答案】(1)0.4m (2)7次【解析】(1)压缩气囊过程中，温度不变，由于水管体积非常小，水桶中气体体积认为不变，由玻意耳定律可知：P0(V1＋V2)＝PV2又P－P0＝ρgh代入数据可知：h＝0.4m；(2)设挤压N次后，水桶内流出体积为V3的水，气体压强为P2，体积为V2＋V3，由玻意耳定律可知：P0(NV1＋V2)＝P2(V2＋V3)P2－P0＝ρg(h＋)联立解得：N＝代入数据得：N＝6.35故至少挤压7次。
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